CH686093A5

CH686093A5 - Radial bearings.

Info

Publication number: CH686093A5
Application number: CH351792A
Authority: CH
Inventors: Horst Berthold; Wolfgang Diebold; Markus Loos
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1992-01-14
Filing date: 1992-11-16
Publication date: 1995-12-29
Also published as: UA22113C2; RU2067698C1; CZ283682B6; CZ372992A3; JPH05256319A; CN1080371A; KR930016678A; CN1028895C; DE4200687A1; PL296893A1; PL169346B1

Description

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CH 686 093 A5 CH 686 093 A5

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Beschreibung description

Technisches Gebiet Technical field

Die Erfindung betrifft ein Radiailager, im wesentlichen bestehend aus einer zwischen dem Lagergehäuse und der zu lagernden Welle angeordneten rotierbaren Lagerbüchse, wobei Bohrungen in der Lagerbüchse den Ölraum zwischen Lagergehäuse und Lagerbüchse mit dem Schmierspalt zwischen Lagerbüchse und Welle verbinden. The invention relates to a radial bearing, consisting essentially of a rotatable bearing bush arranged between the bearing housing and the shaft to be supported, bores in the bearing bush connecting the oil space between the bearing housing and the bearing bush with the lubricating gap between the bearing bush and the shaft.

Stand der Technik State of the art

Derartige Radiallager sind bekannt. Sie basieren auf dem Prinzip von sogenannten schwimmenden Lagerbüchsen, die um die zu lagernde Welle herum angeordnet sind. Die «Schwimmfähigkeit» wird dadurch erreicht, dass Drucköl in die Spalte zwischen Lagergehäuse und Lagerbüchse einerseits und zwischen die Lagerbüchse und die rotierende Welle andererseits gepresst wird. Diese hydrodynamische Lagerung dämpft Radial- sowie Kippbewegungen der Welle. Such radial bearings are known. They are based on the principle of so-called floating bearing bushes, which are arranged around the shaft to be supported. The "buoyancy" is achieved in that pressure oil is pressed into the gap between the bearing housing and the bearing bush on the one hand and between the bearing bush and the rotating shaft on the other hand. This hydrodynamic bearing dampens radial and tilting movements of the shaft.

Insbesondere bei der Radiallagerung von Ab-gasturboiaderrotoren können die Lagerbüchsen stehend angeordnet sein. Hierunter versteht man, dass die schwimmende Büchse nicht mit der Welle mitrotiert. Das Blockieren der Büchse geschieht in der Regel mechanisch, indem Stiftschrauben, Keile, Federn oder ähnliche Hilfsmittel zur Anwendung gelangen. Stehende Lagerbüchsen haben einerseits ausgezeichnete Dämpfungseigenschaften, insbesondere hinsichtlich teilfrequenter Wellenschwingungen. Der Ölfilm zwischen Lagergehäuse und Lagerbüchse ist in diesem Fall ein reiner Quetschöi-Dämpfer. Andererseits ist die Reibleistung bei stehenden Lagerbüchsen höher und die Teile sind ver-schleissgefährdet. In der Regel dringt das Sicherungselement in den weicheren Werkstoff der Lagerbüchse ein. Zudem kann an den Kontaktflächen Reibkorrosion auftreten, was die Schwimmfähigkeit der Büchse beeinträchtigen kann. The bearing bushes can be arranged in an upright position, in particular in the radial mounting of exhaust gas turbo rotor. This means that the floating bush does not rotate with the shaft. The sleeve is usually locked mechanically using stud screws, wedges, springs or similar aids. Standing bearing bushes on the one hand have excellent damping properties, particularly with regard to part-frequency shaft vibrations. In this case, the oil film between the bearing housing and the bearing bush is a pure Quetschöi damper. On the other hand, the frictional output is higher when the bearing bushes are upright and the parts are at risk of wear. As a rule, the securing element penetrates into the softer material of the bearing bush. In addition, fretting corrosion can occur on the contact surfaces, which can impair the buoyancy of the bush.

Radiallager der eingangs genannten Art, bei denen die Lagerbüchse rotierbar ist, haben den Vorteil der Verschleissarmut. Bei dieser Art von Lagerung rotiert die Lagerbüchse in der Regel mit ca. 30-50% der Wellendrehzahl, was dazu führt, dass die Reibleistung wesentlich geringer ist als bei stehender Büchse. Andererseits können die Dämpfungseigenschaften dieser Lagerungsart ungenügend sein. Radial bearings of the type mentioned, in which the bearing bush can be rotated, have the advantage of being low in wear. With this type of bearing, the bearing sleeve usually rotates at approx. 30-50% of the shaft speed, which means that the frictional output is significantly lower than when the sleeve is stationary. On the other hand, the damping properties of this type of storage can be insufficient.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Die Erfindung versucht die Nachteile sowohl der stehenden als auch der rotierenden Lagerbüchsen zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, Lager der eingangs genannten Art so auszubilden, dass die Lagerbüchse mit deutlich reduzierter Drehzahl mit der zu lagernden Welle mitrotiert. The invention tries to avoid the disadvantages of both the standing and the rotating bearing bushes. It is based on the task of designing bearings of the type mentioned at the outset in such a way that the bearing bush rotates with the shaft to be supported at a significantly reduced speed.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass im Lagerhäuse zumindest annähernd tangential verlaufende Ölzuführbohrungen angeordnet sind, welche in den Ölraum münden, und dass am Aussenumfang der Lagerbüchse mehrere Ausnehmungen angebracht sind, von denen die Bohrungen zum Schmierspalt hin ausgehen und deren mindestens eine Wandung eine Prallfläche für das aus den Ölzuführbohrungen ausströmende Öl bildet. According to the invention, this is achieved in that at least approximately tangential oil feed bores are arranged in the bearing housing, which open into the oil space, and that several recesses are made on the outer circumference of the bearing bush, from which the bores extend to the lubrication gap and the at least one wall of which is an impact surface for forms the oil flowing out of the oil supply holes.

Die Vorteile der Erfindung sind gegenüber stehenden Lagerbüchsen im Wegfall der mechanischen Arretierung und in der Reduzierung der Reibleistung zu sehen. Gegenüber frei rotierbaren Lagerbüchsen ist die Reduzierung der teilfrequenten Wellenschwingungen aufgrund der niedrigeren Büchsendrehzahl vorteilhaft. Die niedrigere Büchsendrehzahl wird dann erreicht, wenn die Anordnung von Ölzuführbohrung im Lagergehäuse und Prallfläche am Büchsenumfang so gewählt ist, dass das Öl gegen die Drehrichtung der Welle in den Ölraum einströmt und somit die von der Welle mitgeschleppte Büchse abbremst. The advantages of the invention are to be seen compared to standing bearing bushes in the absence of mechanical locking and in the reduction of friction. Compared to freely rotating bearing bushes, the reduction of the part-frequency shaft vibrations is advantageous due to the lower bushing speed. The lower bushing speed is reached when the arrangement of the oil supply hole in the bearing housing and the baffle surface on the sleeve circumference is selected so that the oil flows into the oil chamber against the direction of rotation of the shaft and thus slows down the bushing carried by the shaft.

Es ist besonders zweckmässig, wenn die Bohrungen in der Lagerbüchse radial verlaufen und wenn die Ausnehmungen in Bezug auf die Mittelachse dieser Bohrungen symmetrisch ausgebildet sind. Durch die Symmetrie, die gegebenenfalls Fertigungsvorteile aufweist, können Einbaufehler vermieden werden. Derartig ausgebildete Elemente sind zudem unabhängig von der Drehrichtung der zu lagernden Welle anwendbar. It is particularly expedient if the bores in the bearing bush run radially and if the recesses are symmetrical with respect to the central axis of these bores. Due to the symmetry, which may have manufacturing advantages, installation errors can be avoided. Elements designed in this way can also be used regardless of the direction of rotation of the shaft to be supported.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Brief description of the drawing

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Lagerung eines Turboladerrotors dargestellt. Es zeigen: In the drawing, two exemplary embodiments of the invention are shown based on the mounting of a turbocharger rotor. Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt der Lagerung gemäss Linie l-l in Fig. 2; 1 shows a longitudinal section of the bearing according to line l-l in Fig. 2.

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Lagerung gemäss Linie II-II in Fig. 1; Figure 2 shows a cross section through the storage along line II-II in Fig. 1.

Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch eine Ausführungsvariante der Lagerung. Fig. 3 shows a partial cross section through an embodiment of the storage.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise der Lagereinbau im Gehäuse, die Ölzu- und -abfuhr, die Abdichtungen usw. Die Strömungsrichtung des Schmiermittels und die Drehrichtung der beteiligten Teile sind mit Pfeilen bezeichnet. Only the elements essential for understanding the invention are shown. The system does not show, for example, the mounting of bearings in the housing, the oil supply and removal, the seals, etc. The direction of flow of the lubricant and the direction of rotation of the parts involved are indicated by arrows.

Weg zur Ausführung der Erfindung Way of carrying out the invention

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Radiallager sitzt in einem Lagergehäuse 10 ein, wobei letzteres je nach Maschinenkonstruktion selbstverständlich auch eine Lagereinschubeinheit sein kann. Das Schmiermittel, hier Drucköl, wird einem im Gehäuse The radial bearing shown in FIGS. 1 and 2 is seated in a bearing housing 10, the latter, of course, depending on the machine construction, can also be a bearing insert unit. The lubricant, here pressure oil, becomes one in the housing

10 eingearbeiteten Ringkanal 19 zugeführt. Von dort aus gelangt das Öl über mehrere, hier vier, gleichmässig über dem Umfang angeordnete Ölzuführbohrungen 16 in einen Ölraum 14. Dieser Ölraum ist ein Ringspalt, der innen begrenzt ist durch die frei schwimmende Lagerbüchse 12. Die Welle 10 incorporated ring channel 19 supplied. From there, the oil passes through several, here four, oil supply bores 16 arranged uniformly over the circumference into an oil space 14. This oil space is an annular gap which is delimited on the inside by the freely floating bearing bush 12. The shaft

11 ist von dieser Lagerbüchse 12 umgeben unter Bildung des Schmierspaltes 15. In den Schmierspalt gelangt das Öl aus dem Ölraum 14 über die 11 is surrounded by this bearing bush 12 to form the lubricating gap 15. The oil passes from the oil space 14 into the lubricating gap

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Bohrungen 13, deren vier - gleichmässig über dem Umfang verteilt - in der Lagerbüchse 12 vorgesehen sind. Diese Bohrungen münden im Bereich des Schmierspaltes in Öltaschen 20, die sich nahezu über die ganze axiale Länge der Büchse erstrek-ken. Bores 13, four of which are provided in the bearing bush 12, distributed uniformly over the circumference. These bores open in the area of the lubrication gap in oil pockets 20 which extend almost over the entire axial length of the bush.

Es versteht sich, dass die Anordnung von je vier Ölzuführbohrungen 16 und Bohrungen 13 für das Funktionieren des Lagers nicht zwingend ist. Lediglich beispielsweise seien einige weitere Zahlenangaben angeführt: Der Druck des Schmiermittels beträgt eintrittsseitig in der Regel 2-4 bar; das Radialspiel im Ringspalt 14 und im Schmierspalt 15 beträgt während des Betriebes ca. 2%o des Wellendurchmessers: Die Welle dreht mit ca. 70 000 U/min. Ohne die neue Massnahme wird sich die Drehzahl der schwimmenden Lagerbüchse 12 bei ca. 30% der Wellendrehzahl einstellen. It goes without saying that the arrangement of four oil feed bores 16 and bores 13 is not mandatory for the functioning of the bearing. For example, some additional figures are given: The pressure of the lubricant is usually 2-4 bar on the inlet side; the radial play in the annular gap 14 and in the lubrication gap 15 is approximately 2% of the shaft diameter during operation: the shaft rotates at approximately 70,000 rpm. Without the new measure, the speed of the floating bearing bush 12 will be set at approximately 30% of the shaft speed.

Gemäss der Erfindung soll nun durch konstruktive Massnahmen die Drehzahl der Lagerbüchse wesentlich reduziert werden, um teilfrequente Wellenschwingungen zu verringern. According to the invention, the rotational speed of the bearing bush is now to be significantly reduced by design measures in order to reduce part-frequency shaft vibrations.

Hierzu verlaufen zunächst die Ölzuführbohrungen 16 im Lagergehäuse 10 in tangentialer Richtung. Ihre Mündungen sind derart angeordnet, dass das Öl gegen die Drehrichtung der Welle 11 in den Ölraum 14 einströmt. Desweiteren sind am Aussen-umfang der Lagerbüchse 12 vier - gleichmässig über dem Umfang verteilt - sägezahnförmige Ausnehmungen 17 angebracht. Diese Ausnehmungen sind so angeordnet, dass die Eintrittsöffnungen der zugehörigen Bohrungen 13 sich an ihrem Grund befinden. Die Flanke 18 der Ausnehmungen ist so geneigt, dass sie eine Prallfläche für das aus der Mündung der Ölzuführbohrungen austretende Öl bildet. For this purpose, the oil supply bores 16 in the bearing housing 10 initially run in the tangential direction. Their mouths are arranged such that the oil flows into the oil space 14 against the direction of rotation of the shaft 11. Furthermore, four sawtooth-shaped recesses 17 are provided on the outer circumference of the bearing bush 12, distributed uniformly over the circumference. These recesses are arranged so that the inlet openings of the associated bores 13 are at their base. The flank 18 of the recesses is inclined so that it forms an impact surface for the oil emerging from the mouth of the oil feed bores.

Beim Anfahren der zu lagernden Welle wird das Drucköl durch die tangentialen Ölzuführbohrungen in den aufgrund der Ausnehmungen profilierten ringförmigen Ölraum 14 gespritzt. Dabei prallt es auf die vorstehende Flanke 18 der Ausnehmungen und versetzt die Lagerbüchse in Rotation (gestrichelter Pfeil). Aus den Ausnehmungen wird das Öl durch die hier tangential gerichteten Bohrungen 13 in die Öltaschen 20 und den Schmierspalt 15 geleitet. Durch das entgegengesetzte Drehmoment der Welle 11 auf die Lagerbüchse 12 wird deren Rotation gehemmt. Die Drehmomente können durch fachmännische Massnahmen gestalterischer und Öldruckregulierender Art so abgestimmt werden, dass die Lagerbüchse beispielsweise beim Anfahren kurzzeitig in Gegenrichtung rotiert und nach Erreichen der Betriebsdrehzahl in Wellendrehrichtung mitrotiert (ausgezogener Pfeil) mit einer optimierten Drehzahl. When the shaft to be supported is started up, the pressure oil is injected through the tangential oil feed bores into the annular oil space 14, which is profiled due to the recesses. It strikes the protruding flank 18 of the recesses and sets the bearing bush in rotation (dashed arrow). The oil is guided out of the recesses through the bores 13, which are directed tangentially here, into the oil pockets 20 and the lubrication gap 15. The rotation of the shaft 11 on the bearing bush 12 is inhibited by the opposite torque. The torques can be adjusted by professional measures of a design and oil pressure regulating type so that the bearing bush rotates briefly in the opposite direction, for example when starting up, and rotates in the direction of shaft rotation when the operating speed is reached (solid arrow) at an optimized speed.

Diese hydraulische Bremsung der Lagerbüchse, die im Extremfall je nach Regelungsaufwand bis zu deren Stillstand führen kann, geschieht demnach völlig berührungslos, wodurch die freie Beweglichkeit der Lagerbüchse jederzeit gewährleistet ist. This hydraulic braking of the bearing bush, which in extreme cases can lead to a standstill depending on the complexity of the regulation, takes place completely without contact, so that the free movement of the bearing bush is guaranteed at all times.

In der Fig. 3 sind funktionsgleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Fig. 2. Die Bohrung 13a ist hier radial gerichtet, was sie im übrigen auch bei der Ausführung nach Fig. 2 sein kann. Im Falle der Fig. 3 ist die radiale Bohrungsanordnung besonders sinnvoll, da die Ausnehmung 17a in Bezug auf die Bohrungsmittelachse symmetrisch ausgebildet ist. Dadurch, dass nunmehr zwei gleiche Flanken 18a vorhanden sind, ist eine fehlerfreie Montage der Lagerbüchse auch für ungelerntes Hilfspersonal möglich. In Fig. 3 functionally identical parts are given the same reference numerals as in Fig. 2. The bore 13a is directed radially here, which can also be the case in the embodiment of FIG. 2. In the case of FIG. 3, the radial bore arrangement is particularly useful since the recess 17a is symmetrical with respect to the axis of the bore center. The fact that there are now two identical flanks 18a means that the bearing bush can be fitted correctly even for unskilled auxiliary personnel.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Bei schwereren, langsamer laufenden Wellen sind die Wellenschwingungen nicht im gleichen Ausmass von Bedeutung wie bei den vergleichsweise schnellaufenden Turboladerwellen. Hier kann eine Richtungsumkehr der Ölzuführung zweckmässig sein. Entgegen dem gezeigten Beispiel würde dann das Öl in Wellendrehrichtung auf die Prallfläche eingespeist werden, wodurch die Lagerbüchse gegenüber der Welle beschleunigt wird. Die erhöhte Büchsendrehzahl hätte in diesem Fall eine vorteilhafte Verringerung der Reibleistung und damit der Lagerverluste zur Folge. Of course, the invention is not limited to the exemplary embodiments shown and described. With heavier, slower-running shafts, the shaft vibrations are not of the same importance as with the comparatively fast-running turbocharger shafts. Here it may be advisable to reverse the direction of the oil supply. Contrary to the example shown, the oil would then be fed onto the impact surface in the direction of shaft rotation, as a result of which the bearing bush is accelerated in relation to the shaft. In this case, the increased sleeve speed would result in an advantageous reduction in the frictional power and thus in the bearing losses.

Claims

1. Radial bearing, consisting essentially of a rotatable bearing bush (12, 12a) arranged between the bearing housing (10) and the shaft (11) to be supported, bores (13, 13a) in the bearing bushing the oil space (14) between the bearing housing and Connect the bearing bush to the lubrication gap (15) between the bearing bush and the shaft, characterized in that

- That in the bearing housing (10) at least approximately tangential oil feed bores (16) are arranged, which open into the oil space (14),

- And that several recesses (17, 17a) are made on the outer circumference of the bearing bush (12, 12a), from which the bores (13, 13a) extend to the lubricating gap (15) and their at least one flank (18, 18a) has an impact surface for the oil flowing out of the oil feed bores (16).

2. Radial bearing according to claim 1, characterized in that the recesses (17) have a sawtooth shape.

3. Radial bearing according to claim 1, characterized in that the bores (13a) in the bearing bush (12a) run radially and that the recesses (17a) are symmetrical with respect to the central axis of the bores (13a).

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